H αλματώδης πρόοδος της Χημείας τον 20ό αιώνα

Του Κώστα Κέντζου

Η επιστήμη της χημείας ασχολείται με τις ιδιότητες της ύλης στο επίπεδο των ατόμων και των μορίων. Κάθε άλλο παρά στενό είναι το αντικείμενό της.

Η χημεία αποκαλύπτει πολλά για τον κόσμο που μας περιβάλλει, μεταξύ των οποίων και την απαρχή της ζωής, πώς λειτουργεί το ανθρώπινο σώμα και πώς μικροσκοπικά μόρια μπορούν να επηρεάσουν καθοριστικά τη γήινη ατμόσφαιρα. Και βέβαια, κάνει δυνατή τη δημιουργία χρήσιμων υλικών, που δεν υπάρχουν στη φύση.

Ο 20ός αιώνας ήταν μια περίοδος ραγδαίας ανάπτυξης της χημείας. Σήμερα ίσως προκαλεί έκπληξη ότι μόλις τα πρώτα χρόνια του 20ού αιώνα κατάφεραν οι επιστήμονες να βάλουν σε στέρεη βάση τις αρχικά αφηρημένες έννοιες των ατόμων και των μορίων.

Τότε, μελέτες όπως της Μαρίας Κιουρί για τη ραδιενέργεια και του Έρνεστ Ράδερφορντ για τα σωματίδια άλφα, απέδειξαν χωρίς αμφιβολία την ύπαρξη των ατόμων και των μορίων.

Εκατό χρόνια μετά, τεχνικές όπως η μικροσκοπία ατομικής δύναμης παράγουν εικόνες μορίων στα οποία τα άτομα και οι μεταξύ τους δεσμοί απεικονίζονται ξεκάθαρα, δίνοντας και οπτική απόδειξη σε εκείνο που ήταν ήδη επιστημονικά γνωστό και αποδεδειγμένο.

Τις πρώτες δεκαετίες του προηγούμενου αιώνα αναπτύχθηκε η τεχνική της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ, που επέτρεψε την καταγραφή των πρώτων εικόνων της τρισδιάστατης διάταξης των ατόμων σε διάφορα μόρια.

Όπως είχε δηλώσει ο – μετέπειτα νομπελίστας – Τζ. Κέντριου, που μελέτησε με την τεχνική αυτή τη δομή της πρωτεΐνης μυογλοβίνη, η παρατήρηση για πρώτη φορά της τρισδιάστατης δομής του μορίου αυτού μπορεί να συγκριθεί μόνο με τη στιγμή που οι Ευρωπαίοι εξερευνητές αντίκριζαν για πρώτη φορά την Αμερική.

Ακόμα και σήμερα, η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για την απεικόνιση πρωτεϊνών και άλλων μορίων της ζωής. Στην περίπτωση των ριβοσωμάτων, αποκάλυψε όχι μόνο πώς συντίθενται οι πρωτεΐνες από τα αμινοξέα, αλλά επέτρεψε και την ανάπτυξη αντιβιοτικών που επεμβαίνουν στα ριβοσώματα των βακτηρίων.

Το 2011, με την ίδια τεχνική, επιστήμονες ανακάλυψαν λεπτομέρειες της διαδικασίας με την οποία μεταδίδονται χημικά σήματα διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών.

Στην αναζήτηση των απαρχών της ζωής

Το 1924 ο Σοβιετικός Οπάριν διατύπωσε τη σχετική θεωρία και στα μέσα του 20ού αιώνα οι Αμερικανοί χημικοί Γιούρεϊ και Μίλερ απέδειξαν ότι η πραγματοποίηση ηλεκτρικών εκκενώσεων μέσα σε ένα αέριο μείγμα ανάλογο με εκείνο των αρχικών σταδίων σχηματισμού της Γης, οδηγεί αυτόματα στην παρασκευή αμινοξέων και άλλων οργανικών ενώσεων, από τις οποίες μπορούν να προέλθουν πιο σύνθετα μόρια της βιοχημείας.

Το 1952 ο Γιούρεϊ δημοσίευσε και μια μελέτη για τη χημική σύνθεση της γήινης ατμόσφαιρας πριν την εμφάνιση της ζωής. Στο πέρασμα του χρόνου έγινε ξεκάθαρο πόσο βαθιά και εκτεταμένη είναι η επίδραση στην ατμόσφαιρα των χημικών ουσιών που παράγονται από τον άνθρωπο.

Οι χλωροφθοράνθρακες, για παράδειγμα, συνέβαλαν στη μείωση του στρώματος του όζοντος. Η πολύπλοκη χημεία της ατμόσφαιρας συνεχίζει να εκπλήσσει τους επιστήμονες.

Μια μελέτη που δημοσιεύτηκε πέρσι επικεντρώνει στην ανακάλυψη μιας ως τώρα άγνωστης ουσίας στην ατμόσφαιρα, που λειτουργεί ως καταλύτης για τη μετατροπή του διοξειδίου του θείου σε θειικό οξύ, συστατικό της όξινης βροχής.

Και στην καθημερινή ζωή

Οι τεχνητές ουσίες που παράγονται με χημικές διεργασίες έχουν συμβάλει σημαντικά στη βελτίωση της καθημερινής ζωής των ανθρώπων (εξαιρουμένων φυσικά των δισεκατομμυρίων που ζουν σε ανείπωτη φτώχεια στην Ασία, την Αφρική και αλλού).

Μέσα στον 20ό αιώνα η διαρκώς εξελισσόμενη συνθετική χημεία έδωσε χρήσιμα υλικά και φάρμακα, που δεν υπάρχουν στη φύση. Τα συνθετικά πολυμερή είναι ένα καλό παράδειγμα. Πρόκειται για μεγάλα μόρια που αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες μονάδες (τα μονομερή), που συνήθως συνδέονται μεταξύ τους σε αλυσίδες.

Τα πιο οικεία πολυμερή είναι αναμφίβολα τα πλαστικά διαφόρων ειδών και χρήσεων. Λόγω του εύρους του αντικειμένου της χημείας μπορεί κανείς να περιμένει τις επόμενες δεκαετίες νέες συγκλονιστικές ανακαλύψεις.

Η κατασκευή ενός πλήρως συνθετικού βιολογικού κυττάρου και ενός τεχνητού φύλλου που θα δεσμεύει περισσότερη ηλιακή ενέργεια σε σχέση με τα φύλλα των φυτών, θα μπορούσαν να είναι δύο από τις πιο εντυπωσιακές.

Ήδη υπάρχουν ομάδες επιστημόνων που εργάζονται σε αυτές τις κατευθύνσεις. Οποιεσδήποτε ανακαλύψεις και να γίνουν, θα αποκαλύψουν κι άλλα από τα μυστικά του φυσικού κόσμου και θα βοηθήσουν στη σύνθεση εκείνων που χρειάζονται οι άνθρωποι και η φύση δεν τα προσφέρει.